得走了吗？新的膀胱装置让您知道

你现在应该跑去洗手间吗？或者你能坚持到回家吗？有朝一日，新的植入物和相关的智能手机应用程序可能会消除方程式中的猜测工作。

西北大学的研究人员开发了一种新的柔软、灵活、无需电池的植入物，该植入物附着在膀胱壁上以感知填充。然后，它以无线方式同时将数据传输到智能手机应用程序，因此用户可以实时监测他们的膀胱充盈情况。

该研究将于本周发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。它标志着生物电子传感器的第一个例子，可以长时间连续监测膀胱功能。

虽然这种新设备对普通人来说是不必要的，但对于瘫痪、脊柱裂、膀胱癌或终末期膀胱疾病的人来说，它可能会改变游戏规则——膀胱功能经常受到损害，可能需要膀胱重建手术。传感器系统还可以使临床医生能够远程、持续地监测患者，从而做出更明智、更快速的治疗决策。

“如果膀胱神经因手术或脊柱裂等疾病而受损，那么患者通常会失去知觉，并且不知道他们的膀胱已经充满，”西北大学的Guillermo A. Ameer说，他共同领导了这项工作。“为了排空膀胱，他们经常不得不使用导尿管，这很不舒服，会导致痛苦的感染。我们希望消除导管的使用，并绕过当前的膀胱功能监测程序，这些程序具有高度侵入性，非常令人不快，必须在医院或临床环境中进行。

这项工作使我们更接近智能再生系统的现实……”

作为再生工程专家，Ameer是西北大学麦考密克工程学院生物医学工程的Daniel Hale Williams教授和西北大学范伯格医学院的外科教授。他还指导由美国国立卫生研究院资助的高级再生工程中心和博士前再生工程培训计划。

Ameer与西北大学的John A. Rogers和Arun Sharma共同领导了这项研究。作为生物电子学的先驱，罗杰斯是麦考密克和范伯格大学材料科学与工程、生物医学工程和神经外科的路易斯·辛普森和金伯利·奎里教授。他还领导着奎里·辛普森生物电子学研究所。Sharma是Feinberg泌尿外科和McCormick生物医学工程的研究副教授。他还是芝加哥Ann & Robert H. Lurie儿童医院Stanley Manne儿童研究所的儿科泌尿再生医学主任。

工作原理和初步结果

由于神经、大脑或脊髓的问题，数以百万计的美国人患有膀胱功能失调。这些问题可能源于先天性缺陷，例如脊柱裂（一个人出生时脊柱受损）或在生命中任何时候遭受的创伤性伤害。如果不及时治疗，严重的膀胱功能障碍会导致常规感染和排尿问题，最终导致肾脏损伤，从而影响整个身体。使医生能够远程监控他们的病人可以更快地进行干预。

为了监测膀胱，新设备由多个传感器组成，这些传感器协同工作以测量一个简单的参数：应变。当膀胱充盈时，它会膨胀。膀胱越饱满，伸展得越多。这种拉伸会拉动类似弹性的装置以发出应变信号。同样，当膀胱排空时，它会收缩，从而缓解压力。当传感器检测到不同程度的应变时，该设备使用嵌入式蓝牙技术将这些信息传输到智能手机或平板电脑。

罗杰斯说：“这里的关键进展是开发超柔软、超薄、可拉伸的应变片，可以轻轻地包裹膀胱的外表面，而不会对自然填充和排尿行为施加任何机械限制。

在小动物研究中，该系统成功地提供了30天的膀胱充盈和排空的实时测量。然后，在一项使用非人类灵长类动物的研究中，该系统成功地传递了八周的信息。研究人员还证明，传感器足够灵敏，可以检测出非常少量尿液的应变。

“这项工作是第一个为人类使用而缩放的工作，”Ameer说。“我们展示了该技术的潜在长期功能。根据用例，我们可以将技术设计为永久驻留在体内，或者在患者完全康复后无害地溶解。

膀胱再生和功能恢复

尽管这项新技术本身很有用，但Ameer将其设想为膀胱功能恢复完全集成系统的一个组成部分。

就在上个月，Ameer和Sharma推出了一种可生物降解的合成柔性“膀胱贴片”，该贴片发表在PNAS Nexus上。基于柠檬酸盐的“贴片”（称为促再生支架（PRS））接种了患者自身的干细胞，使外科医生能够重建或重建膀胱，而无需采集肠道组织，这是该手术的当前临床标准。“贴片”与天然膀胱组织一起膨胀和收缩，支持膀胱细胞的迁移和生长。然后它慢慢溶解，留下新的膀胱组织。研究人员证明，在为期两年的研究中，新组织保持功能。

“我们正在努力将我们的膀胱再生技术与这种新型无线膀胱监测技术相结合，以恢复膀胱功能并监测手术后的恢复过程，”Ameer说。“这项工作使我们更接近智能再生系统的现实，智能再生系统是可植入的亲再生设备，能够探测其微环境，在体外无线报告这些发现（给患者，护理人员或制造商），并实现按需或编程响应，以改变路线并提高设备性能或安全性。

“这项技术代表了一项重大进步，因为目前没有其他基于组织工程的方法可供这些患者使用，”Sharma说。“我相信这将有助于改善许多患者的生活质量，他们现在将能够避免使用肠道组织及其无数并发症。

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Ameer 继续与 Rogers 和 Sharma 合作，为系统构建新功能。他们目前正在探索植入物可以刺激膀胱按需诱导排尿的方法。

“除了监控填充物外，该应用程序还能够向患者发送警告，然后将他们引导到最近的洗手间位置，”Ameer说。“此外，有一天，患者将能够通过智能手机按需触发排尿。

Ameer、Sharma 和 Rogers 是辛普森奎里生物纳米技术研究所的成员。Ameer 和 Rogers 是国际纳米技术研究所的成员。Ameer是生命过程化学研究所的成员，Rogers是西北大学Robert H. Lurie综合癌症中心的成员。

这项研究名为“一种用于监测手术恢复后膀胱功能的无线植入式生物电子系统”，得到了美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所以及国家生物医学成像和生物工程研究所的支持。

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